GTPアーゼ
GTPアーゼは、グアノシン三リン酸（GTP）という分子に特異的に結合し、これをグアノシン二リン酸（GDP）とリン酸に加水分解する活性を持つ、細胞内に広く存在するタンパク質群の総称です。その種類は非常に多岐にわたり、生命活動の根幹に関わる様々なプロセスを制御しています。
formally speaking, GTPアーゼはグアノシン三リン酸フォスファターゼ、またはグアノシントリフォスファターゼとも呼ばれ、生化学的にはEC番号3.6.5に分類される加水分解酵素の一種です。しかし、その機能は一般的な酵素反応とは一線を画します。多くの酵素が基質と結合後、速やかに反応を進行させるのに対し、GTPアーゼはGTPとの結合状態、あるいはGTPを加水分解した後のGDPとの結合状態を比較的長時間維持するという特徴があります。そして、GTPが結合している状態とGDPが結合している状態とでは、タンパク質の立体構造や活性が大きく異なり、それぞれの状態が特定の機能を発揮して細胞内の複雑な調節機構を担っています。この特性から、GTPアーゼは単に「酵素」と呼ばれるだけでなく、「GTP結合タンパク質」と称されることも少なくありません。
GTPアーゼの機能サイクル、すなわちGTPの結合、GTPの加水分解、そしてGDPの解離といった各段階は、他の補助タンパク質や、GTPアーゼが存在する細胞内の環境によって厳密に調節されています。
多様な細胞機能に関与するGTPアーゼには、構造や機能の違いに基づいていくつかの主要なグループが存在します。代表的な種類としては、以下のようなものが挙げられます。
Gタンパク質（狭義）: 特に細胞膜上に存在するヘテロ三量体構造を持つタイプで、細胞外からのシグナルを受容体から細胞内へ伝達する役割を担います。
低分子量GTPアーゼ: Rasスーパーファミリーなどに代表される比較的小型のGTPアーゼで、シグナル伝達経路の中継や、細胞内の小胞輸送、細胞骨格の調節など、多岐にわたる機能に関与します。
リボソーム関連因子: タンパク質合成を担うリボソームの機能に不可欠な、翻訳の開始、伸長、終結に関わる因子の一部もGTPアーゼ活性を持ちます。
シグナル認識粒子（SRP）: 新生タンパク質の小胞体への標的化に関わる複合体の一部として機能します。
ダイナミンスーパーファミリー: 小胞輸送における膜の切断や細胞膜の湾曲などに関わります。
チューブリン: 細胞の構造を支える細胞骨格である微小管の主要な構成要素であり、GTP結合・加水分解は微小管の重合・脱重合に影響します。
チューブリンを除く多くのGTPアーゼは、GTPの結合および加水分解に関わる領域に、Gドメインと呼ばれる類似した構造を持っています。GTPアーゼは、GTPの末端（γ位）にある高エネルギーリン酸結合を加水分解してGDPを生成しますが、ここで放出されるエネルギーは、ATPアーゼが分子モーターや輸送ポンプを駆動するように直接的な運動や物質輸送に使われるのではなく、主にGTPアーゼ自身のタンパク質構造を変化させるために使われていると考えられています。この構造変化が、GTPアーゼの機能発現の鍵となります。
GTPアーゼが関わる細胞機能は広範に及びます。主な機能としては、以下のような生命現象の調節が挙げられます。
細胞内シグナル伝達（光、匂い、味といった感覚情報の伝達を含む）
タンパク質の生合成と細胞内での適切な輸送・局在化
細胞の形を保ち、運動を可能にする細胞骨格の構築とその動的な制御
細胞の増殖、分化、プログラム細胞死などの調節
* 細胞内での物質輸送を担う小胞の形成、移動、融合（小胞輸送）
特に、Gタンパク質と低分子量GTPアーゼは、細胞内のシグナル伝達やその他の調節において、「分子スイッチ」として重要な働きを担います。これらのGTPアーゼは、GTPが結合した活性化（オン）状態から、自らのGTP加水分解活性によってGTPをGDPに変え、GDPが結合した不活性化（オフ）状態へと移行します。その後、GTP/GDP交換因子（GEF）と呼ばれる別のタンパク質の助けを借りてGDPをGTPに交換することで、再び活性化状態に戻ります。このように、GTP結合と加水分解のサイクルを回ることで、シグナルをオン/オフしたり、特定のイベントのタイミングを制御したりします。機能的な類似性から、Gタンパク質と低分子量GTPアーゼをまとめて「Gタンパク質」と総称することもあります。
狭義のGタンパク質は、しばしば細胞膜上のGタンパク質共役型受容体（GPCR）の下流で機能し、外部刺激を細胞内へ伝達します。一方、低分子量GTPアーゼには、Rasのように増殖シグナル経路の中枢を担うものや、RabやSar1/Arfのように小胞輸送を制御するもの、RhoやRacのように細胞骨格の動態を調節するものなど、多様なサブタイプが存在し、細胞内の様々な局所で機能しています。ダイナミンスーパーファミリーもまた、特にエンドサイトーシスや小胞の切断といった小胞輸送プロセスに深く関与しています。これらのGTPアーゼは、それぞれが固有の調節因子（GTPase activating protein: GAPやGEFなど）と連携しながら、細胞の複雑なネットワーク内で精緻な機能制御を実現しています。
formally speaking, GTPアーゼはグアノシン三リン酸フォスファターゼ、またはグアノシントリフォスファターゼとも呼ばれ、生化学的にはEC番号3.6.5に分類される加水分解酵素の一種です。しかし、その機能は一般的な酵素反応とは一線を画します。多くの酵素が基質と結合後、速やかに反応を進行させるのに対し、GTPアーゼはGTPとの結合状態、あるいはGTPを加水分解した後のGDPとの結合状態を比較的長時間維持するという特徴があります。そして、GTPが結合している状態とGDPが結合している状態とでは、タンパク質の立体構造や活性が大きく異なり、それぞれの状態が特定の機能を発揮して細胞内の複雑な調節機構を担っています。この特性から、GTPアーゼは単に「酵素」と呼ばれるだけでなく、「GTP結合タンパク質」と称されることも少なくありません。
GTPアーゼの機能サイクル、すなわちGTPの結合、GTPの加水分解、そしてGDPの解離といった各段階は、他の補助タンパク質や、GTPアーゼが存在する細胞内の環境によって厳密に調節されています。
多様な細胞機能に関与するGTPアーゼには、構造や機能の違いに基づいていくつかの主要なグループが存在します。代表的な種類としては、以下のようなものが挙げられます。
Gタンパク質（狭義）: 特に細胞膜上に存在するヘテロ三量体構造を持つタイプで、細胞外からのシグナルを受容体から細胞内へ伝達する役割を担います。
低分子量GTPアーゼ: Rasスーパーファミリーなどに代表される比較的小型のGTPアーゼで、シグナル伝達経路の中継や、細胞内の小胞輸送、細胞骨格の調節など、多岐にわたる機能に関与します。
リボソーム関連因子: タンパク質合成を担うリボソームの機能に不可欠な、翻訳の開始、伸長、終結に関わる因子の一部もGTPアーゼ活性を持ちます。
シグナル認識粒子（SRP）: 新生タンパク質の小胞体への標的化に関わる複合体の一部として機能します。
ダイナミンスーパーファミリー: 小胞輸送における膜の切断や細胞膜の湾曲などに関わります。
チューブリン: 細胞の構造を支える細胞骨格である微小管の主要な構成要素であり、GTP結合・加水分解は微小管の重合・脱重合に影響します。
チューブリンを除く多くのGTPアーゼは、GTPの結合および加水分解に関わる領域に、Gドメインと呼ばれる類似した構造を持っています。GTPアーゼは、GTPの末端（γ位）にある高エネルギーリン酸結合を加水分解してGDPを生成しますが、ここで放出されるエネルギーは、ATPアーゼが分子モーターや輸送ポンプを駆動するように直接的な運動や物質輸送に使われるのではなく、主にGTPアーゼ自身のタンパク質構造を変化させるために使われていると考えられています。この構造変化が、GTPアーゼの機能発現の鍵となります。
GTPアーゼが関わる細胞機能は広範に及びます。主な機能としては、以下のような生命現象の調節が挙げられます。
細胞内シグナル伝達（光、匂い、味といった感覚情報の伝達を含む）
タンパク質の生合成と細胞内での適切な輸送・局在化
細胞の形を保ち、運動を可能にする細胞骨格の構築とその動的な制御
細胞の増殖、分化、プログラム細胞死などの調節
* 細胞内での物質輸送を担う小胞の形成、移動、融合（小胞輸送）
特に、Gタンパク質と低分子量GTPアーゼは、細胞内のシグナル伝達やその他の調節において、「分子スイッチ」として重要な働きを担います。これらのGTPアーゼは、GTPが結合した活性化（オン）状態から、自らのGTP加水分解活性によってGTPをGDPに変え、GDPが結合した不活性化（オフ）状態へと移行します。その後、GTP/GDP交換因子（GEF）と呼ばれる別のタンパク質の助けを借りてGDPをGTPに交換することで、再び活性化状態に戻ります。このように、GTP結合と加水分解のサイクルを回ることで、シグナルをオン/オフしたり、特定のイベントのタイミングを制御したりします。機能的な類似性から、Gタンパク質と低分子量GTPアーゼをまとめて「Gタンパク質」と総称することもあります。
狭義のGタンパク質は、しばしば細胞膜上のGタンパク質共役型受容体（GPCR）の下流で機能し、外部刺激を細胞内へ伝達します。一方、低分子量GTPアーゼには、Rasのように増殖シグナル経路の中枢を担うものや、RabやSar1/Arfのように小胞輸送を制御するもの、RhoやRacのように細胞骨格の動態を調節するものなど、多様なサブタイプが存在し、細胞内の様々な局所で機能しています。ダイナミンスーパーファミリーもまた、特にエンドサイトーシスや小胞の切断といった小胞輸送プロセスに深く関与しています。これらのGTPアーゼは、それぞれが固有の調節因子（GTPase activating protein: GAPやGEFなど）と連携しながら、細胞の複雑なネットワーク内で精緻な機能制御を実現しています。
もう一度検索
【記事の利用について】
タイトルと記事文章は、記事のあるページにリンクを張っていただければ、無料で利用できます。
※画像は、利用できませんのでご注意ください。
【リンクついて】
リンクフリーです。